Pelletfeuerung mit thermoelektrischer Stromerzeugung Günther Friedl 10. Holzenergie-Symposium Zürich, 12. September 2008 Struktur 1. Entwicklungsziel 2. Prinzip der thermoelektrischen Stromerzeugung 3. Umsetzung des Thermogenerators für eine Pelletfeuerung 4. Testergebnisse der Pelletfeuerung mit thermoelektrischer Stromerzeugung 5. Stromgestehungskosten 2
1. Entwicklungsziel (1. Schritt) Pelletfeuerung mit Eigenstromerzeugung Brennstoffwärmeleistung: 10 kw Elektrische Nennleistung: 200 W Randbedingungen für die Stromerzeugung Abdeckung der benötigten elektrischen Hilfsenergie zur Raumwärmebereitstellung im Wohnbereich einsetzbar lautlos möglichst kundenfreundlich wartungsfrei 3 1. Entwicklungsziel Geschichtliches 1925 1879 1951 4
2. Prinzip Verbrennungsgas Thermogenerator Heizkreislauf T H T K N-dotiert P-dotiert Wärmezufuhr Strom I Wärmeabfuhr Elektrische Nutzleistung Elektrischer Wirkungsgrad 5 3. Umsetzung Auslegung Thermogenerator Elektrische Nennleistung: 200 W (im Auslegungspunkt) Elektrischer Wirkungsgrad: 4 % (im Auslegungspunkt) Generatoraufbau: Einstufig Thermoelektrisches Material: Bismut-Tellurid (Bi 2 Te 3 ) Heissseitentemperatur: 250 C Kaltseitentemperatur: 60 C Spannungsdifferenz: 8,8 V! 1 Thermogenerator! 16 Module! 288 Schenkelpaare 6
3. Umsetzung Thermoelektrisches Modul Elektrischer Anschluss ( + ) TEC TEC COM COM Heißseitenbrücke, p-/n-paar darunter Kaltseitenbrücke Elektrischer Anschluss ( ) 7 3. Umsetzung Thermogenerator Baugruppe: Thermogenerator TEC COM 8
4. Testergebnisse Bewertungsgrößen Standardbetrieb (Vergleichsbasis) Standardaufbau ohne zusätzliche Wärmedämmung Brennstoffwärmeleistung Q & 10 kw Restsauerstoffgehalt im Abgas 10 % O 2 BS Bewertungsgrößen Wärmeauskopplung über den Thermogenerator Soll: 50 % Q & & TEG Q BS Elektrischer Wirkungsgrad des Thermogenerators Soll: 4 % Elektrischer Wirkungsgrad des Systems Soll: 2 % " el,sys = " TEG! Q & TEG! TEG Q& BS 9 4. Testergebnisse Wärmeauskopplung Anteile der Wärmeströme 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 50,0% 46,3% 52,6% Auslegung Standardaufbau Verringerung 10,0 kw 10,1 kw 10,1 kw 10,0 % O 2 10,3 % O 2 10,5 % O 2 10
4. Testergebnisse Generatorwirkungsgrad Generatorwirkungsgrad! TEG in % 4% 3% 2% 1% 0% 0 50 100 150 200 Temperaturdifferenz T H -T K in K 11 4. Testergebnisse Systemperformance 4% 300 Wirkungsgrad in % 3% 2% 1%! TEG! el,sys Elektrische Leistung in W 250 200 150 100 50 0% 0 2 4 6 8 10 12 0 0 2 4 6 8 10 12 Brennstoffwärmeleistung in kw Brennstoffwärmeleistung in kw Standardversuchsaufbau (nicht Bestwerte) 12
5. Stromgestehungskosten 1,0 Stromgestehungskosten in!/kwh 0,8 0,6 0,4 0,2 umgesetzt! " 2. Entwicklungsschritt (in Arbeit) Brennstoff Betrieb Kapital 0,0 TEG250/200 TEG400/200 TEG400/300 TEG400/400 Basisannahme: 9 kw thermische Nennleistung 13 Zusammenfassung umgesetzt 1. Entwicklungsschritt: TEG250 ist umgesetzt Technische Daten: Wärmeauskopplung: SOLL: 50 % " IST: > 50 % Generatorwirkungsgrad: SOLL: 4 % " IST: ~4 % (3,5%) Systemwirkungsgrad: SOLL: 2 % " IST: ~2 % (1,6 %) Stromgestehungskosten: zwischen 0,7 und 0,8!/kWh in Arbeit 2. Entwicklungsschritt: TEG400 in Arbeit Verdopplung des elektrischen Systemwirkungsgrades Halbierung der Kosten 14
Kontakt KONTAKT DI Dr. Günther Friedl Unit Head Tel ++ 43 (0) 7416 52238-22 Fax ++ 43 (0) 7416 52238-99 Mobil ++ 43 (0) 664 3767175 guenther.friedl@abc-energy.at Austrian Bioenergy Centre GmbH Außenstelle Wieselburg Rottenhauserstraße 1 A 3250 Wieselburg www.abc-energy.at VERDANKUNG Die vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen des Kplus-Programmes erarbeitet und mit Mitteln des Bundes, der Länder Steiermark und Niederösterreich sowie der Stadt Graz gefördert. Unser Dank gebührt weiters den am Projekt beteiligten Firmenpartnern HET, KWB, RIKA, Schrödl, SHT und Viessmann, den wissenschaftlichen Partnern TU-Wien (Institut für Verfahrenstechnik) und HBLFA Francisco Josephinum Biomass Logistics Technology und den Entwicklungspartnern TEC COM und DLR. TEC COM 15